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油田化学驱油技术

作者: 添加时间:2014/6/7 23:37:19 浏览:

   潜力评价结果表明,胜利油田适合化学驱地质储量16.05×108t[1],资源十分丰富,但油藏地层温度、地层水矿化度、二价离子含量、原油粘度高和非均质严重,因此对油藏的再认识、剩余油分布规律研究以及驱油体系的耐温性、抗盐性、增粘性提出了更高要求。针对苛刻的油藏条件,胜利油田1967年开展了室内攻关研究,90年代初开展了先导试验,1996年进行工业化推广,形成了独具特色的化学驱理论和技术系列。

1.1 化学驱技术发展历程

胜利油田化学驱技术主要经历了以下四个阶段:

    “七五”以前为技术探索阶段,先后开展过稠化水驱、碱水驱、CO2驱等三次采油技术的室内研究和小规模现场试验,探索适合胜利油田的三次采油技术,并确定了以聚合物驱作为三次采油主攻技术,并着手开展技术攻关。

    “八五”期间为矿场试验阶段,在室内试验研究的基础上,1992年胜利油田开展了“孤东油田小井距52+3层三元复合驱先导试验”和“孤岛油田中一区Ng3聚合物驱先导试验”。这两个先导试验的成功验证了胜利油田利用化学驱技术提高采收率的矿场适用性。为了研究大面积、常规井网、特高含水期聚合物驱工业化推广的技术经济可行性,1994年又在孤岛中一区Ng3和孤东七区西Ng52+3分别开展了34和40个井组的注聚扩大试验,4个试验项目均取得了成功,形成和配套了适合胜利油田特点的化学驱技术,为工业化推广创造了条件。

    “九五”以来为技术推广阶段,共推广26个单元,覆盖地质储量2.91×108t,已累积增油1676×104t,已提高采收率5.8%,预计增加可采储量2066×104t,提高采收率7.1%。1995年胜利油田化学驱技术年增油4×104t,1999年跃升到101×104t,2005年累积增油突破1000×104t,化学驱油技术成为老油田提高采收率、减缓产量递减的主要技术手段之一。

    “十一五”以来为新技术攻关阶段,针对化学驱后备资源特点和聚合物驱后进一步提高采收率的技术需求,加大了新技术、新方法的攻关研究力度,配套完善了II类油藏聚合物驱油技术,为解决高温高盐III类油藏、IV类油藏和聚合物驱后油藏提高采收率的难题,研制了多种新型组合式驱油体系,开展了孤东七区西Ng54-61二元复合驱先导试验、埕东西区泡沫复合驱先导试验、孤岛中一区Ng3聚驱后非均相复合驱先导试验、胜坨油田T28沙二8改性缔合聚合物驱先导试验,形成了化学驱技术多系列共同发展的局面。

1.2 化学驱实施现状

    到2011年6月,胜利油田共实施化学驱项目44个,地质储量4.21×108t,其中聚合物驱项目29个,覆盖地质储量3.14×108t,二元复合驱项目12个,覆盖地质储量1.03×108t,三元复合驱项目2个,覆盖地质储量205×104t,泡沫驱项目1个,地质储量119×104t。连续7年化学驱年增油160×104t以上,累积增油2027×104t,已提高采收率4.8%,预计可提高采收率7.9%,增加可采储量3368×104t。

  
    “十一五”以来,化学驱技术成功实现了“两个”转变。一是驱油技术由聚合物驱技术向复合驱技术转变。“十一五”以前化学驱主导技术为聚合物驱技术,“十一五”期间以提高采收率更大的复合驱技术为主。二是驱油阵地由I、II类油藏向II、IV类及聚驱后油藏转变。“十一五”以前化学驱动用地质储量中I类油藏占80%,II类油藏地质储量占20%,“十一五”以来驱油阵地以II类油藏为主,II类油藏地质储量占76%,同时在III类、IV类及聚驱后油藏开展先导试验。

    化学驱动用地质储量占胜利油田动 用地质储量的9.8%,而其产量则占12.6%,化学驱技术已成为油田增储稳产的重要手段。“九五”以来胜利油田化学驱累 计增加可采储量2298×104t,占胜利油田老区增加可采储量的25.0%以上。1995年到2000年,孤东油田年产油量从329×104t递减到260×104t,2000年推广化学驱技术以来,递减率减缓,2010年年产油量211×104t,化学驱年产油108×104t,占孤东油田年产油的51.3%,从孤东油田产量构成可以看出,化学驱技术显著地改善了孤东油田的开发形势。

    化学驱也取得了显著的经济效益。对3个聚合物驱试验项目和3个投入较早的工业化推广项目进行经济后评估,在油价为18$/bbl时经济极限吨聚增油46.2t/t,在油价为26$/bbl时经济极限吨聚增油31.2t/t,在油价为40$/bbl时经济极限吨聚增油19.6t/t,在油价为60$/bbl时经济极限吨聚增油12.8t/t。已结束的5个项目,平均提高采收率8.5%,吨聚增油100t/t。24个已转后续水驱项目已提高采收率5.9%,吨聚增油已达51.0t/t,预计结束后可提高采收率7.0%,吨聚增油56 t/t;15个正注聚项目已提高采收率3.0%,吨聚增油22t/t,预计结束后可提高采收率6.6%,吨聚增油38 t/t。

2  化学驱提高采收率理论与技术

2.1驱油剂加合增效理论

    随着化学驱技术推广规模的不断扩大,剩余资源条件越来越差,因此必须寻求改善波及能力更强、洗油能力更好的驱油体系。对胜利油田化学驱而言,由于非均质严重,原油粘度高,因此聚合物必不可少。但聚合物耐温抗盐能力差、调整非均质能力有限,且无提高洗油效率能力,因此单一聚合物驱提高采收率幅度和应用范围有限。在聚合物中加入合适助剂通过驱油剂间的超加合作用,体系的耐温抗盐能力增强,流度控制能力和洗油效率能力提高,从而形成了聚合物加合增效理论认识,其内涵核心为聚合物加合作用,基础为聚合物和表面活性剂的分子设计与合成[2]。

    通过理论计算、分子模拟、室内实验等手段,研究了化学剂与原油、化学剂之间、化学剂与岩石之间的相互作用及化学剂在多孔介质中的渗流机制,阐明驱油剂加合增效的途径与条件,指导了新型驱油体系的设计。针对Ⅲ类高温高盐油藏、IV类大孔道油藏和聚合物驱后提高采收率的难题,开展新方法攻关研究,研发了3个新的驱油体系,即形成了二元复合驱油体系、强化泡沫驱油体系、非均相复合驱油体系。

2.2聚合物驱技术

    流度比是影响采收率的主要因素[3-5],胜利油田适合化学驱油藏原油粘度高,通过提高驱替液粘度可以较大幅度改善流度比,从而提高采收率。但聚合物溶液在油藏中的渗流过程是非达西渗流,而且聚合物溶液是非牛顿流体,渗流过程粘度是不断变化的,因此很难求出聚合物驱流度比[6-7],因此开展了粘度比对驱油效果的影响研究。

    当粘度比在0.15~0.5之间时,提高采收率幅度较大,为合理粘度比区间;当粘度比大于0.5时,提高采收率增幅不明显,经济效益变差。数值模拟研究也得到相同的结果。

    在I类油藏条件下,采用分子量为1500万的聚丙烯酰胺,当浓度为1500mg/L时,其粘度比能满足驱油要求,并依此确定I类油藏的聚合物驱配方为0.05PV×2000mg/L+0.20PV×1500mg/L,配注方式为清水配污水注。

    1992年10月在I类油藏孤岛油田中一区Ng3进行了聚合物先导试验。试验区地层原油粘度46.3mPa.s,地层温度70℃,地层水矿化度5293mg/L,二价离子含量102mg/L,地质储量为165×104t,设计注入井4口,生产井10口。1997年3月转后续水驱,累积注入聚合物1389.5t。注聚合物驱后,综合含水由注聚前的92.1%最低降至70.9%,下降幅度高达21.2%,日产油由注聚前的122 t/d最大上升至351 t/d(图4),到目前累积增油20×104t,提高采收率12.0%,吨聚增油143t/t。

    对于II类高温高盐油藏,浓度为1500mg/L、分子量为1500万的聚丙烯酰胺溶液,其粘度仅9.3mPa.s。分子量为2000万的超高分子聚丙烯酰胺在浓度为1500mg/L的条件下,其粘度可达20mPa.s以上,粘度比能满足驱油要求。通过研究确定二类油藏条件的聚合物驱配方为0.05PV×1800mg/L+0.20PV×1400mg/L,配注方式为清水配污水注。

    1998年在II类高温高盐油藏胜坨油田一区沙二1-3砂层组开展了聚合物驱先导试验。试验区面积5.39km2,地质储量1089×104t,地层原油粘度25mPa.s,地层温度80℃,地层水矿化度21000mg/L,二价离子含量311mg/L。设计注入井32口,生产井58口。1998年4月开始现场注入,2001年9月转后续水驱,累积注入聚合物7005.7t。注聚合物驱后,综合含水由注聚前的95.9%最低降至81.7%,日产油由注聚前的261 t/d最大上升至608 t/d,到目前累积增油71.5×104t,提高采收率6.6%,吨聚增油102t/t。预计最终可提高采收率7.0%,吨聚增油109t/t。
    到目前,在I、Ⅱ类油藏实施聚合物驱项目29个,覆盖地质储量3.14×108t,取得了非常显著的降水增油效果。累计增油已达1615×104t,已提高采收率5.1%,预计可提高采收率7.1%。

2.3复合驱技术

    胜利油田的复合驱油技术研究始于“七五”后期,主要开展了三元复合驱体系和二元复合驱体系的探索与攻关,研究表明化学复合驱提高采收率幅度在12%~20%之间。

    针对原油酸值高的特点,胜利油田首先研究了三元复合驱体系,1992年在孤东油田实施我国首例小井距三元复合驱现场试验,试验前中心井区在含水大于98%的条件下已开采了3年,累积注水达地层孔隙体积的5.1倍,水驱采出程度高达54.4%。通过实施三元复合驱,中心井含水由98.5%下降至85%,累积增油1740t,提高采收率13.4%,当量每吨聚合物增油110吨,试验结束时中心井区采收率高达76.2%[8-9],试验获得重大成功。在试验取得成功和突破的基础上,1997年在孤岛油田西区进行常规井网复合驱扩大试验。1997年5月开始三元复合驱投注,2002年4月转后续水驱,目前已累积增油28.6万吨,提高采收率14.5%,预计最终可提高采收率15%。

    由于水中钙镁离子含量较高,导致注入系统结垢较为严重;其次产出液乳化严重,导致产出液处理难度较大,三元复合驱技术的推广受到了一定限制。针对三元复合驱存在的问题,开展二元复合驱技术攻关,创立“油剂相似富集、阴非加合增效、聚表抑制分离”的二元复合驱理论,解决了在无碱条件下体系的界面张力超低问题,研制了二元复合驱油体系,2003年在孤东油田开展了二元复合驱先导试验。

    试验区位于孤东油田七区西Ng54-61单元南部,含油面积0.94km2,地质储量为277×104t。设计注入井10口,受益油井16口,注采井距300m。试验区地层原油粘度40.1mPa.s,地层温度68℃,地层水矿化度7883mg/L,二价离子含量244mg/L,试验前综合含水98.2%。试验后含水下降至60.4%,日油水平由10.7t/d上升到127t/d(图6),已累增油12.2×104t,已提高采收率18.0%。全区累积增油24.1×104t,已提高采收率8.7%,预计可提高采收率12%。胜利油区聚合物驱项目无因次产油平均为2.2,孤东油田二元复合驱先导试验在物质基础条件差的情况下达到5.4,二元先导试验区的增油幅度高于单一聚合物驱单元。

    先导试验获得成功后,2007年进行了工业化推广应用,截至2011年6月,先后在孤岛、孤东、胜坨及埕东等4大主力油田实施二元复合驱项目12个,动用地质储量1.03亿吨,已累积增加原油产量380×104t, 2010年年增油量占胜利油田化学驱年增油量的50%,增加可采储量1052万吨,可提高采收率10.2%,成为胜利油田产量的重要增长点。

2.4 泡沫驱技术

    泡沫耐温抗盐,封堵能力强,具有“堵水不堵油”的特点,同时泡沫剂作为优良的活性剂,能降低油水界面张力,提高洗油效率。胜利油田2000年开展泡沫驱油技术的攻关,探索泡沫在多孔介质中的生成、破灭及运移规律,研究氮气与泡沫剂的相互作用机理,研制强化氮气泡沫驱油体系,物理模拟试验结果表明,水驱后强化氮气泡沫驱可提高采收率26.0%,聚合物驱后可提高采收率16.7%[10-14]。2003年在孤岛油田中二中注聚驱开展了单井试验,采用气液交替注入,累积注入0.1倍孔隙体积,注入压力由6.5MPa上升到9.0MPa,井组日油水平由71.2t/d上升140.9t/d,累积增油2.1×104t。

    2004年9月开展埕东西区泡沫复合驱先导试验,试验区地质储量119×104t,设计注入井4口,对应中心油井3口,受益油井11口。试验区地层原油粘度74mPa.s,地层水矿化度为6227mg/L,二价离子含量130 mg/L,地层温度60℃,试验前含综合水97.7%,采出程度40%。2004年10月现场实施,2005年7月注入主段塞,累积注入倍数0.32PV。注入压力由实施前的7.6MPa上升到目前的13.6MPa,上升6MPa,泡沫复合驱阻力系数4.2,而条件相似的注聚区平均阻力系数为1.6,表明泡沫复合体系阻力系数明显高于聚合物驱,渗流阻力更大,封堵能力更强。从注入剖面测试结果看,吸水剖面有所改善,纵向上吸水更加均匀。中心井区综合含水由试验前的97%降至82.4%(图7),累积增油2.1万吨,提高采收率5.4%。

3 化学驱技术展望

    “十二五”期间,胜利油田将重点针对聚合物驱后、高温高盐III类油藏、极端油藏条件下的化学驱提高采收率技术开展攻关研究。在聚合物驱后进一步提高采收率研究方面,将着重发展井网调整+二元驱技术;针对高温高盐III类油藏重点攻关耐温抗盐聚合物驱技术、低张力泡沫驱技术和超分子提高采收率技术;在极端油藏条件下化学驱提高采收率研究方面,将对热触变流体驱油法和非均相耐温抗盐驱油法(即合成高分子微球体系和预交联体系)进行探索和攻关。